閩東山區(qū)傳統(tǒng)村落公共空間冬季小氣候?qū)崪y(cè)研究
——以洋頭村為例

陳 玄， 劉烘德， 王雨晨， 謝祥財(cái)

(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建福州 350002)

[通信作者]謝祥財(cái)(1974～)，男，博士后，副教授，研究方向?yàn)樗h(huán)境與景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。

自我國(guó)加快城鄉(xiāng)建設(shè)進(jìn)程以來，社會(huì)發(fā)展及生產(chǎn)活動(dòng)破壞了很多原生氣候環(huán)境。傳統(tǒng)村落是千百年來人們居住生活的場(chǎng)所，經(jīng)年演變發(fā)展后形成具有地域性的、適應(yīng)本土的人居空間環(huán)境，其中蘊(yùn)含著的小氣候設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)價(jià)值，對(duì)傳統(tǒng)村落保護(hù)與發(fā)展以及村落公共空間小氣候的優(yōu)化與設(shè)計(jì)具有重要意義。

閩東地處中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，山區(qū)具有山地氣候，夏季濕熱多雨，秋冬光溫互利、寒冷不均。氣候條件是室外人體舒適感受的最主要影響因素，小氣候也稱微氣候，是指在大氣候環(huán)境相同的范圍內(nèi)，受下墊面結(jié)構(gòu)、空間布局、景觀要素等因素的影響而在近地面空間形成的氣候條件[1]。人體御寒與保溫是冬季室外活動(dòng)不可忽視的問題，討論在寒冷氣候條件下洋頭村公共空間小氣候營(yíng)造與優(yōu)化的具體手法，從小氣候角度為閩東山地傳統(tǒng)村落公共空間規(guī)劃提供參考。

1 實(shí)測(cè)方案

1.1 村落公共空間概況

閩東山區(qū)傳統(tǒng)村落按自然水系與村落位置關(guān)系可分為水環(huán)繞型村落、水穿越型村落、鄰接水型村落等[2]，洋頭村作為鄰接水型村落的代表在閩東山區(qū)村落中具有典型性。洋頭村依山而建，三面環(huán)山，水圳系統(tǒng)將山泉水引入村內(nèi)，串聯(lián)形成環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)。四季分明，雨熱同期，冬季盛行偏北風(fēng)。村落背靠山地，內(nèi)部小氣候較為穩(wěn)定，形成相對(duì)獨(dú)立的舒適人居氣候環(huán)境。

從人居角度依照村民的行為活動(dòng)需求和空間使用功能，將洋頭村公共空間劃分為居住、通行和停駐空間三類。居住空間主要指前廳庭院，是鄰里間串門的場(chǎng)地；通行空間主要包括街巷、道路等空間，起到交通連接、交談的作用，村民在該空間停留時(shí)間較短；停駐空間主要指村民聚集、集會(huì)、休閑娛樂等公共活動(dòng)空間，村民停留時(shí)間較長(zhǎng)且目的性更強(qiáng)。

1.2 實(shí)測(cè)方法及內(nèi)容

本次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)選擇在冬季最冷月12月的晴朗少云天氣進(jìn)行，測(cè)試日為2019年12月7～9日，測(cè)試時(shí)段為每日8:00～17:00。標(biāo)記好樣地測(cè)點(diǎn)，采用定點(diǎn)走動(dòng)觀測(cè)的方法，測(cè)量距地1.5m處的小氣候數(shù)據(jù)，并每小時(shí)逐時(shí)記錄一次。在洋頭村公共空間各測(cè)點(diǎn)1.5m高處設(shè)置實(shí)測(cè)儀器，采用泰仕太陽(yáng)輻射儀、衡欣溫濕度測(cè)試儀以及標(biāo)智風(fēng)速儀，分別測(cè)量各測(cè)點(diǎn)太陽(yáng)輻射、空氣溫度、相對(duì)濕度及風(fēng)速。

1.3 測(cè)點(diǎn)選擇

在三類空間中分別選擇差異性較大的測(cè)點(diǎn)10個(gè)，研究小氣候變化特征以及不同空間布局和景觀要素對(duì)小氣候要素的影響。各測(cè)點(diǎn)在村落中的位置見圖1，基本情況見表1。

圖1 洋頭村測(cè)點(diǎn)平面位置

2 實(shí)測(cè)結(jié)果與分析

2.1 太陽(yáng)輻射

洋頭村公共空間各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)時(shí)段的太陽(yáng)輻射變化曲線(圖2)，呈中間高兩端低的單峰型特征。通過對(duì)比，午間12:00～13:00太陽(yáng)輻射最強(qiáng)烈，17:00各測(cè)點(diǎn)太陽(yáng)輻射均接近零。日均值從高到低依次為渠邊步道(281.85w/m2)、魚池(280.9w/m2)、祠堂前廣場(chǎng)(214.95w/m2)、溪畔游憩地(95.23w/m2)、石巷(92.38w/m2)、民宅庭院(85.9w/m2)、宅前小巷(80.82w/m2)、古厝庭院(70.76w/m2)、林蔭步道(40.07w/m2)、古橋(37.83w/m2)。太陽(yáng)輻射量較大的測(cè)點(diǎn)為頂部無遮蔽的渠邊步道、魚池和祠堂前廣場(chǎng)，偏小的均為半遮蔽空間，最小為全遮蔽的古橋和林蔭步道。

表1 洋頭村測(cè)點(diǎn)平面位置

圖2 各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)太陽(yáng)輻射變化

2.2 空氣溫度

各測(cè)點(diǎn)空氣溫度逐時(shí)變化曲線(圖3)變化趨勢(shì)接近，呈“早低午高晚低”單峰型變化。測(cè)試期間大氣溫度日均最高溫為16.2 ℃，日均最低溫為8.3 ℃。通過對(duì)比可以得出，各測(cè)點(diǎn)最高氣溫主要集中在14:00，溫差最大為魚池與古厝庭院，最大差值達(dá)到3.9 ℃。對(duì)氣溫優(yōu)化效果最好的是魚池，在測(cè)量時(shí)段均高出所有測(cè)點(diǎn)各時(shí)刻溫度平均值2.7 ℃；其次為渠邊步道，在10:00～17:00氣溫高出同時(shí)刻全測(cè)點(diǎn)溫度平均值1.5 ℃。石巷、宅前小巷的氣溫變化和緩，稍高于全測(cè)點(diǎn)氣溫平均值；古橋、林蔭步道、溪畔游憩地、祠堂廣場(chǎng)的氣溫變化跨度較大，午間時(shí)段感覺較溫暖；庭院空間氣溫略低于全測(cè)點(diǎn)氣溫均值。

圖3 各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)空氣溫度變化

2.3 相對(duì)濕度

空間中的相對(duì)濕度指單位體積空氣內(nèi)所含水氣密度與同種溫度條件下飽和水氣密度的百分比值[3]。研究證實(shí)相同氣溫條件下，相對(duì)濕度升高，人體表面溫度隨之升高，通常相對(duì)濕度為40 %～60 %RH的人體熱舒適感受較好[4]。對(duì)比各測(cè)點(diǎn)相對(duì)溫度逐時(shí)變化曲線(圖4)，變化趨勢(shì)呈兩端高中間低的特點(diǎn)。冬季石巷、宅前小巷、溪畔游憩地的相對(duì)濕度最優(yōu)，在測(cè)量時(shí)段處于較舒適數(shù)值范圍。古橋、林蔭步道在10:00～15:00的相對(duì)濕度較適宜，同等條件下，植物覆蓋面積多的測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度更高。渠邊步道、魚池、祠堂前廣場(chǎng)的相對(duì)濕度變化較大，最高時(shí)超過70 %，最低時(shí)少于40 %。庭院空間相對(duì)濕度普遍偏低。

圖4 各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)相對(duì)濕度變化

2.4 風(fēng)速

空氣流動(dòng)產(chǎn)生繁榮風(fēng)速變化對(duì)人體熱舒適感覺有重要影響，冬季室外風(fēng)速小能減緩人體散熱水平。洋頭村冬季盛行偏北風(fēng)，分析各測(cè)點(diǎn)在測(cè)量時(shí)段的日平均風(fēng)速變化圖(圖5)，各測(cè)點(diǎn)1.5m高處的風(fēng)速均低于2.45m/s，在風(fēng)力等級(jí)中屬于2級(jí)(輕風(fēng)，風(fēng)速1.6～3.3m/s)以下，主要為0級(jí)(無風(fēng)，風(fēng)速0～0.2m/s)和1級(jí)(軟風(fēng)，風(fēng)速0.3～1.5m/s)[5]。各測(cè)點(diǎn)平均風(fēng)速均低于測(cè)試期間大氣日平均風(fēng)速(2級(jí))，迎風(fēng)面受阻擋的宅前小巷和石巷對(duì)風(fēng)速優(yōu)化效果最佳，風(fēng)速保持在0.15m/s以內(nèi)。溪畔游憩地、祠堂前廣場(chǎng)為開敞空間，風(fēng)速較大且變化較快。

圖5 各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速變化

2.5 人體舒適度指數(shù)

人體“熱舒適”是人在所處環(huán)境中不感到寒冷與炎熱時(shí)的狀態(tài)[6]，一般用人體舒適度指數(shù)進(jìn)行定量分析評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)人體舒適度的研究提出了溫濕指數(shù)、生理等效溫度、濕球黑球溫度指數(shù)等計(jì)算方法，本文采用學(xué)者金琪提出的適用于夏熱冬冷地區(qū)的人體舒適度指數(shù)計(jì)算公式[7]，公式如下：

I=1.8T-0.55(1.8T-26)(1-RH)-3.2 +32

式中:I為人體舒適度氣象指數(shù)；T為空氣溫度(℃)；RH為相對(duì)濕度(%)；V為風(fēng)速(m/s)。

運(yùn)用公式，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)逐時(shí)人體舒適度指數(shù)，結(jié)果見表2。依據(jù)人體舒適度指數(shù)等級(jí)劃分表(表3)，可以看出洋頭村公共空間各測(cè)點(diǎn)在測(cè)試時(shí)段基本屬于較舒適感受的范圍，小氣候優(yōu)化效果較好。

表2 各測(cè)點(diǎn)人體舒適度指數(shù)

表3 人體舒適度等級(jí)劃分(冬季)

3 空間單元與小氣候關(guān)系分析

山石、水體、植物、建筑等景觀要素的組合可以構(gòu)成不同的空間單元，對(duì)小氣候的調(diào)控與營(yíng)造效果各異。結(jié)合上文研究，對(duì)三類空間中的空間單元作進(jìn)一步分析，研究其小氣候優(yōu)化的營(yíng)造理法。

3.1 居住空間單元分析

民宅庭院與古厝庭院是由四面建筑墻體圍合形成的封閉空間單元，天井起到納陽(yáng)、通風(fēng)的作用，上空部分受到房檐遮擋。在冬季，庭院主要通過天井接收陽(yáng)光，太陽(yáng)輻射量較低。四面墻體使空間中風(fēng)速基本為零，滿足冬季保暖控溫的需要。庭院空間冬季氣溫變化相近，但由于民宅庭院中盆栽的調(diào)節(jié)作用，氣溫在13:00～17:00時(shí)略高于無綠化的古厝庭院，濕度條件也更高。

3.2 通行空間單元分析

3.2.1 石巷與宅前小巷

石巷與宅前小巷均為偏東西走向，是兩側(cè)被民居墻體圍合的半封閉空間單元。屋檐遮擋部分天空，太陽(yáng)輻射照入角度受限，冬季測(cè)量時(shí)僅在9:00～13:00太陽(yáng)輻射量較大。巷子位于村落腹地，加之地面石材鋪地能吸收較多太陽(yáng)輻射，具有良好保溫性，空間氣溫得到提升。水渠能增大空間濕度，測(cè)試時(shí)段石巷濕度保持在人體舒適范圍，宅前小巷在16:00～17:00超過60 %。冬季偏北風(fēng)被建筑阻擋，風(fēng)環(huán)境僅為1級(jí)。

3.2.2 渠邊步道

渠邊步道寬2m，偏南北走向的開敞空間單元，偏西側(cè)有50cm寬的水渠，空間內(nèi)景觀要素較單一。頂部空間無遮蔽，太陽(yáng)輻射量大，在測(cè)量時(shí)段氣溫較高，混凝土鋪地能緩慢釋放吸收的熱能從而維持空間氣溫，人體感受較溫暖。水渠發(fā)揮增濕作用，將濕度調(diào)控在舒適區(qū)間。雖然步道與冬季風(fēng)向同向，但寒流到達(dá)村落腹地受到層層建筑阻隔，風(fēng)速減緩，人體體表感受良好。

3.3 停駐空間單元分析

3.3.1 魚池

魚池空間面積約14.7m2，水體面積占5.9m2，池西側(cè)與北側(cè)為3m高的石砌擋墻，東側(cè)為空曠場(chǎng)地，形成半封閉空間單元。魚池上空無遮蔽，冬季太陽(yáng)輻射值較高，氣溫隨太陽(yáng)輻射增大而升高?；炷龄伒啬芎芎玫貎?chǔ)存及散發(fā)熱量，日均氣溫12.8 ℃為全測(cè)點(diǎn)最高。較大面積的水體增濕效果更顯著，空間濕度偏高，在10:00～14:00時(shí)較舒適。擋墻作為屏障將空間置于背風(fēng)處，空氣流動(dòng)減少，風(fēng)速較小。

3.3.2 祠堂前廣場(chǎng)

祠堂前廣場(chǎng)面積約235.5m2，廣場(chǎng)前水池面積為127.2m2，空間中景觀要素較少，為開敞空間單元。在冬季，空間頂部開闊，吸收的太陽(yáng)輻射較多，但大面積水體的降溫增濕效應(yīng)使空間氣溫在早晚時(shí)偏低，12:00～15:00時(shí)空間溫度升高、濕度降低，人體感覺較舒適。北面較遠(yuǎn)處的樹群削減了一定風(fēng)力，但缺少屏障的開敞廣場(chǎng)空間風(fēng)環(huán)境仍稍大，導(dǎo)致廣場(chǎng)空間舒適度受局限。

4 討論

通過實(shí)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，在以洋頭村為例的閩東山區(qū)傳統(tǒng)村落中，山石水體、植物配置與建筑等景觀要素對(duì)村落公共空間小氣候環(huán)境的優(yōu)化有著重要作用。

(1)從小氣候日變化圖看出，洋頭村公共空間太陽(yáng)輻射與空氣溫度變化呈“凸”字單峰型特征，空間相對(duì)濕度隨氣溫上升而下降。各項(xiàng)小氣候要素日均數(shù)值均為停駐空間最高，通行空間次之，居住空間最低。

(2)作為住宅與室外環(huán)境內(nèi)外連結(jié)的封閉空間，庭院中天井在冬季發(fā)揮納陽(yáng)采暖的作用，四面圍合墻體更好避風(fēng)及保溫。應(yīng)注意庭院面積尺度，14.1m2的庭院空間其保溫效應(yīng)較10.5m2略差，但差異很小僅為0.38 ℃。無水體的條件下，應(yīng)適當(dāng)種植小灌木或盆栽，保持空間空氣濕度。

(3)頂部無遮蔽的空間太陽(yáng)輻射量大，適合冬季取暖；地面采用石材、混凝土鋪裝，吸熱保溫效果優(yōu)，能夠維持空間氣溫。水體與密林組合，空氣濕度大幅提升，在距50cm寬溪水的0.75m處，平均濕度降低3.03 %；距2.25m降低7.6 %。水體與空間面積比值為0.33優(yōu)于0.2，冬季日均溫度提高0.48 ℃。

(4)停駐空間宜在冬季主導(dǎo)風(fēng)向上游堆疊小地形或植物群落形成冬季風(fēng)障，植物比墻體適用范圍廣，落葉大喬木為最佳樹種，兼顧冬季納陽(yáng)與夏季遮陰。水體與空間面積比值0.4與0.54相比，冬季日均濕度增大5.11 %。

傳統(tǒng)村落公共空間蘊(yùn)含的小氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)，對(duì)村民人居生活舒適性具有重要意義，也能在當(dāng)前鄉(xiāng)村振興建設(shè)中發(fā)揮積極作用。